C 排序算法

冒泡排序

冒泡排序(英语:Bubble Sort)是一种简单的排序算法。它重复地走访过要排序的数列,一次比较两个元素,如果他们的顺序(如从大到小、首字母从A到Z)错误就把他们交换过来。

过程演示:

实例

#include <stdio.h>
void bubble_sort(int arr[], int len) {
 int i, j, temp;
 for (i = 0; i < len - 1; i++)
 for (j = 0; j < len - 1 - i; j++)
 if (arr[j] > arr[j + 1]) {
 temp = arr[j];
 arr[j] = arr[j + 1];
 arr[j + 1] = temp;
 }
}
int main() {
 int arr[] = { 22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70 };
 int len = (int) sizeof(arr) / sizeof(*arr);
 bubble_sort(arr, len);
 int i;
 for (i = 0; i < len; i++)
 printf("%d ", arr[i]);
 return 0;
}

选择排序

选择排序(Selection sort)是一种简单直观的排序算法。它的工作原理如下。首先在未排序序列中找到最小(大)元素,存放到排序序列的起始位置,然后,再从剩余未排序元素中继续寻找最小(大)元素,然后放到已排序序列的末尾。以此类推,直到所有元素均排序完毕。

过程演示:

实例

void swap(int *a,int *b) //交換兩個變數
{
 int temp = *a;
 *a = *b;
 *b = temp;
}
void selection_sort(int arr[], int len) 
{
 int i,j;
 
 for (i = 0 ; i < len - 1 ; i++) 
 {
 int min = i;
 for (j = i + 1; j < len; j++) //走訪未排序的元素
 if (arr[j] < arr[min]) //找到目前最小值
 min = j; //紀錄最小值
 swap(&arr[min], &arr[i]); //做交換
 }
}

插入排序

插入排序(英语:Insertion Sort)是一种简单直观的排序算法。它的工作原理是通过构建有序序列,对于未排序数据,在已排序序列中从后向前扫描,找到相应位置并插入。插入排序在实现上,通常采用in-place排序(即只需用到 {\displaystyle O(1)} {\displaystyle O(1)}的额外空间的排序),因而在从后向前扫描过程中,需要反复把已排序元素逐步向后

挪位,为最新元素提供插入空间。

过程演示:

实例

void insertion_sort(int arr[], int len){
 int i,j,temp;
 for (i=1;i<len;i++){
 temp = arr[i];
 for (j=i;j>0 && arr[j-1]>temp;j--)
 arr[j] = arr[j-1];
 arr[j] = temp;
 }
}

希尔排序

希尔排序,也称递减增量排序算法,是插入排序的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。

希尔排序是基于插入排序的以下两点性质而提出改进方法的:

  • 插入排序在对几乎已经排好序的数据操作时,效率高,即可以达到线性排序的效率
  • 但插入排序一般来说是低效的,因为插入排序每次只能将数据移动一位

过程演示:

实例

void shell_sort(int arr[], int len) {
 int gap, i, j;
 int temp;
 for (gap = len >> 1; gap > 0; gap = gap >> 1)
 for (i = gap; i < len; i++) {
 temp = arr[i];
 for (j = i - gap; j >= 0 && arr[j] > temp; j -= gap)
 arr[j + gap] = arr[j];
 arr[j + gap] = temp;
 }
}

归并排序

把数据分为两段,从两段中逐个选最小的元素移入新数据段的末尾。

可从上到下或从下到上进行。

过程演示:

迭代法

int min(int x, int y) {
 return x < y ? x : y;
}
void merge_sort(int arr[], int len) {
 int* a = arr;
 int* b = (int*) malloc(len * sizeof(int));
 int seg, start;
 for (seg = 1; seg < len; seg += seg) {
 for (start = 0; start < len; start += seg + seg) {
 int low = start, mid = min(start + seg, len), high = min(start + seg + seg, len);
 int k = low;
 int start1 = low, end1 = mid;
 int start2 = mid, end2 = high;
 while (start1 < end1 && start2 < end2)
 b[k++] = a[start1] < a[start2] ? a[start1++] : a[start2++];
 while (start1 < end1)
 b[k++] = a[start1++];
 while (start2 < end2)
 b[k++] = a[start2++];
 }
 int* temp = a;
 a = b;
 b = temp;
 }
 if (a != arr) {
 int i;
 for (i = 0; i < len; i++)
 b[i] = a[i];
 b = a;
 }
 free(b);
}

递归法

void merge_sort_recursive(int arr[], int reg[], int start, int end) {
 if (start >= end)
 return;
 int len = end - start, mid = (len >> 1) + start;
 int start1 = start, end1 = mid;
 int start2 = mid + 1, end2 = end;
 merge_sort_recursive(arr, reg, start1, end1);
 merge_sort_recursive(arr, reg, start2, end2);
 int k = start;
 while (start1 <= end1 && start2 <= end2)
 reg[k++] = arr[start1] < arr[start2] ? arr[start1++] : arr[start2++];
 while (start1 <= end1)
 reg[k++] = arr[start1++];
 while (start2 <= end2)
 reg[k++] = arr[start2++];
 for (k = start; k <= end; k++)
 arr[k] = reg[k];
}
void merge_sort(int arr[], const int len) {
 int reg[len];
 merge_sort_recursive(arr, reg, 0, len - 1);
}

快速排序

在区间中随机挑选一个元素作基准,将小于基准的元素放在基准之前,大于基准的元素放在基准之后,再分别对小数区与大数区进行排序。

过程演示:

迭代法

typedef struct _Range {
 int start, end;
} Range;
Range new_Range(int s, int e) {
 Range r;
 r.start = s;
 r.end = e;
 return r;
}
void swap(int *x, int *y) {
 int t = *x;
 *x = *y;
 *y = t;
}
void quick_sort(int arr[], const int len) {
 if (len <= 0)
 return; // 避免len等於負值時引發段錯誤(Segment Fault)
 // r[]模擬列表,p為數量,r[p++]為push,r[--p]為pop且取得元素
 Range r[len];
 int p = 0;
 r[p++] = new_Range(0, len - 1);
 while (p) {
 Range range = r[--p];
 if (range.start >= range.end)
 continue;
 int mid = arr[(range.start + range.end) / 2]; // 選取中間點為基準點
 int left = range.start, right = range.end;
 do
 {
 while (arr[left] < mid) ++left; // 檢測基準點左側是否符合要求
 while (arr[right] > mid) --right; //檢測基準點右側是否符合要求
 
 if (left <= right)
 {
 swap(&arr[left],&arr[right]);
 left++;right--; // 移動指針以繼續
 }
 } while (left <= right);
 
 if (range.start < right) r[p++] = new_Range(range.start, right);
 if (range.end > left) r[p++] = new_Range(left, range.end);
 }
}

递归法

void swap(int *x, int *y) {
 int t = *x;
 *x = *y;
 *y = t;
}
void quick_sort_recursive(int arr[], int start, int end) {
 if (start >= end)
 return;
 int mid = arr[end];
 int left = start, right = end - 1;
 while (left < right) {
 while (arr[left] < mid && left < right)
 left++;
 while (arr[right] >= mid && left < right)
 right--;
 swap(&arr[left], &arr[right]);
 }
 if (arr[left] >= arr[end])
 swap(&arr[left], &arr[end]);
 else
 left++;
 if (left)
 quick_sort_recursive(arr, start, left - 1);
 quick_sort_recursive(arr, left + 1, end);
}
void quick_sort(int arr[], int len) {
 quick_sort_recursive(arr, 0, len - 1);
}

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